[发明专利]一种透气高弹型单电极摩擦纳米发电机及其制备方法

说明书

本发明涉及一种透气高弹型单电极摩擦纳米发电机及其制备方法。所述的透气高弹型单电极摩擦纳米发电机包含由上至下依次设置的高弹纳米纤维膜、导电纳米纤维膜、高弹纳米纤维膜、导电纳米纤维膜和高弹纳米纤维膜。本发明涉及的单电极摩擦纳米发电机，上下表面富含微纳米结构，能够高效收集人体机械能为可穿戴电子产品提供绿色能源。此外独特的高弹、透气特征满足人体穿戴舒适性要求，因此在可穿戴和微纳电子领域有着广泛应用前景。

技术领域

本发明属于微纳能源和摩擦纳米发电机技术领域，具体涉及一种透气高弹型单电极摩擦纳米发电机的制备方法。

背景技术

随着微纳电子技术领域的飞速发展，种类丰富的可穿戴电子设备逐渐进入人们的日常生活。传统的电磁发电机和电池由于其硬质、不透气以及体积大的特性，使其难以适用于可穿戴能源领域。为满足人们对可穿戴电子设备长时间不间断能源供给的需求，目前国内外研究团队越来越关注于开发新型可穿戴能源器件。

人类在日常活动中会源源不断的产生各种机械能，但是由于其难以收集利用而往往被忽视。摩擦纳米发电机自诞生以来，由于其较高的能量转化效率以及简单的结构等优点，可高效将人体机械能转化为电能，在可穿戴电子领域引起了广泛关注。

为了提高摩擦发电机的电输出性能，往往会在摩擦层表面进行微纳米结构修饰，以增加摩擦材料的粗糙度和接触面积。目前常用的方法包括等离子体刻蚀、电化学腐蚀等技术手段处理薄膜材料，设备昂贵、工艺复杂。国内专利CN103337985A公开了一种基于横向摩擦的单表面摩擦发电机，通过等离子刻蚀增加摩擦层的粗糙度，有效提升发电机的电输出性能。

此外，在满足高效收集人体机械能的同时，为实现摩擦纳米发电机与服装有机复合，实现穿着的舒适性，要求摩擦纳米发电机兼具透气、弹性以及柔性等特征。目前国内专利CN106301063A公开了一种双面可穿戴的摩擦纳米发电机制备方法，可收集人体不同方向的机械能。国内专利CN106601329A公开了一种柔性纳米摩擦发电机的制备方法。但是目前尚未有一种摩擦发电机，兼具高效机械能收集性能的同时，能够满足人体穿戴舒适性的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种透气高弹型单电极摩擦纳米发电机及其制备方法，以解决摩擦纳米发电机在高效收集人体机械能的同时，满足穿戴舒适性要求。

为了达到上述目的，本发明提供了一种透气高弹型单电极摩擦纳米发电机，其特征在于，包含由上至下依次设置的高弹纳米纤维膜、导电纳米纤维膜、高弹纳米纤维膜、导电纳米纤维膜和高弹纳米纤维膜。

优选地，所述的高弹纳米纤维膜的拉伸弹性伸长率为50～300％，拉伸弹性回复率为80～100％。

本发明还提供了上述的透气高弹型单电极摩擦纳米发电机的制备方法，其特征在于，包括：

第一步：将聚合物和纳米颗粒加入到相应溶剂中，通过搅拌超声形成均一稳定溶液；将得到的聚合物溶液进行静电纺丝，制备得到三张高弹纳米纤维膜；

第二步：将聚合物溶解于相应溶剂形成均一稳定溶液，将得到的聚合物溶液进行静电纺丝，制备得到两张纳米纤维膜；随后将碳类导电材料分散在液体中形成均匀稳定分散液，采用该分散液加工处理所述的两张纳米纤维膜，烘干，使其转变成导电纳米纤维膜；

第三步，将第一步得到的三张高弹纳米纤维膜和第二步得到的两张导电纳米纤维膜依次间隔层叠，形成五层纳米纤维膜复合物，纳米纤维膜由上至下叠放顺序为：第一层高弹纳米纤维膜，第二层导电纳米纤维膜，第三层高弹纳米纤维膜，第四层导电纳米纤维膜，第五层高弹纳米纤维膜；并采用一定封装技术制备得到透气高弹型单电极摩擦纳米发电机。